Электростатика, постоянный электрический ток, электромагнитные явления (стр. 6 )

а) действует вынуждающая сила (ЭДС), не изменяющаяся с течением времени;

б) действует вынуждающая сила (ЭДС), изменяющаяся по какому-либо периодическому закону (например, по закону синуса или косинуса);

в) действует вынуждающая сила (ЭДС), уменьшающаяся с течением времени.

198. Дифференциальное уравнение вынужденных электромагнитных колебаний может иметь вид:

а) ; б) ;

в) .

199. Амплитудное значение заряда в колебательном контуре, в котором происходят вынужденные электромагнитные колебания, определяется по формуле:

а) ; б) ;

в) .

200. Фаза вынужденных электромагнитных колебаний определяется соотношением:

а) ; б) ; в) ;

г) .

201. Резонанс это явление резкого возрастания амплитудных значений при электромагнитных колебаниях в колебательном контуре:

а) только заряда; б) только тока; в) только напряжения; г) всех переменных величин.

202. Амплитуда напряжения, в колебательном контуре, в котором существуют электромагнитные колебания, определяются по формуле:

а) ; б) ; в) .

203. Амплитуда тока, в колебательном контуре, в котором существуют электромагнитные колебания, определяются по формуле:

а) ; б) ;

в) .

204. Амплитуда индуцируемой ЭДС, в колебательном контуре, в котором существуют электромагнитные колебания, определяются по формуле:

а) ; б) ; в)

205. Резонансная частота () это:

а) частота, соответствующая максимальному значению q01;

б) частота, соответствующая максимальному значению тока;

в) частота, соответствующая максимальному значению напряжения.

206. Автоколебания – вынужденные незатухающие колебания в реальных системах, период и амплитуда которых:

а) не зависят от характера внешнего воздействия;

б) определяются свойствами самой автоколебательной системы;

в) зависят от характера внешнего воздействия и не зависят от свойств самой колебательной системы.

207. Электромагнитные волны это:

а) процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве с конечной скоростью;

б) процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве с любой скоростью;

в) процесс распространения переменного электромагнитного поля в пространстве с конечной скоростью;

г) процесс распространения переменного электромагнитного поля в пространстве с любой скоростью.

208. Длина электромагнитной волны l это:

а) расстояние между двумя точками, колебания в которых отличаются по фазе на p;

б) расстояние между двумя точками, в которых амплитуда изменяющихся параметров колебаний достигают либо максимума, либо минимума;

в) расстояние, на которое распространяется волна за время одного периода колебания T.

209. Поперечность электромагнитных волн заключается в том, что:

а) вектор напряженности электрического поля E и вектор напряженности магнитного поля H взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, вектора скорости распространения электромагнитной волны v;

б) вектор напряженности электрического поля E и вектор напряженности магнитного поля H взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору скорости распространения электромагнитной волны v;

в) вектор напряженности электрического поля E и вектор скорости распространения электромагнитной волны v взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору напряженности магнитного поля H.

210. Векторы напряженностей E и H переменного электромагнитного поля удовлетворяют волновым уравнениям типа:

а) ; б) ;

в) ; г) , где – фазовая скорость;

211. На рисунке показана ориентация векторов напряженности электрического E и магнитного H полей в электромагнитной волне. Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны ориентирован в направлении:

а) 4; б) 3; в) 2; г) 1.

212. На рисунке показана ориентация векторов напряженности электрического E и магнитного H полей в электромагнитной волне. Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны ориентирован в направлении:

а) 4; б) 3; в) 2; г) 1.

213. Первое положение теории Максвелла утверждает: «Переменные электрическое и магнитное поля:

а) могут существовать отдельно»;

б) не могут существовать отдельно»;

в) могут существовать независимо друг от друга»;

г) они существуют всегда вместе в виде единого электромагнитного поля».

214. Второе положение теории Максвелла утверждает: «Электромагнитное поле, возникнув в одном месте пространства:

а) не остается локализованным в нем»;

б) остаётся локализованным в нём»;

в) распространяется от этого места в виде электромагнитной волны»;

г) не распространяется от этого места в виде электромагнитной волны».

215. Вихревое электрическое поле, для которого справедливо соотношение , где EB – вектор напряженности вихревого электрического поля, возникает в проводниках. Оно обусловлено:

а) наличием постоянного тока в проводниках;

б) наличием переменного тока в проводниках;

в) явлением электромагнитной индукции

216. Ток смещения , где D – вектор индукции электрического поля, это:

а) изменяющееся со временем электрическое поле, которое порождает магнитное поле так же, как и ток проводимости;

б) изменяющийся со временем электрическое ток, который порождает магнитное поле так же, как и ток проводимости;

в) это постоянный ток проводимости, который порождает магнитное поле.

217. Плотность тока смещения в диэлектриках , где :

а) – плотность тока проводимости в вакууме;

б) – плотность тока смещения в вакууме;

в) – плотность тока поляризации (тока, обусловленного упорядоченным движением электрических зарядов в диэлектрике);

г) – плотность тока поляризации, который представляет собой смещение зарядов в неполярных молекулах, поворот диполей в полярных молекулах.

218. Первое уравнение Максвелла , где – циркуляция вектора напряженности результирующего поля, потенциального и вихревого; E=Eq+EB – вектор напряженности результирующего электрического поля; Eq – напряженность потенциального электрического поля (электрического поля, порождаемого электрическими зарядами); EB – напряженность вихревого электрического поля, показывает, что:

а) источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и изменяющиеся во времени магнитные поля;

б) источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и не изменяющиеся во времени магнитные поля;

в) оно выражает закон электромагнитной индукции:

219. Второе уравнение Максвелла отражает свойство вектора B, согласно которому:

а) линии вектора В разомкнуты; б) линии вектора В замкнуты; в) линии вектора В уходят в бесконечность.

220. Третье уравнение устанавливает:

а) связь между токами проводимости и смещения и порождаемым ими магнитным полем;

б) только связь между токами проводимости и смещения;

в) связь между током проводимости и порождаемым им магнитным полем.

221. Четвертое уравнение Максвелла :

а) показывает, что линии вектора D могут начинаться и оканчиваться на зарядах ;

б) показывает, что линии вектора D не могут начинаться и оканчиваться на зарядах;

в) отображает теорему Остроградского-Гаусса для вектора D.

222. Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме: ; ; ; справедлива для переменного электромагнитного поля:

а) в отсутствие заряженных тел; б) при наличии заряженных тел и токов проводимости; в) в отсутствие заряженных тел и токов проводимости; г) в отсутствие токов проводимости.

223. Следующая система уравнений Максвелла: ; ; ; справедлива для переменного электромагнитного поля:

а) в отсутствие заряженных тел; б) при наличии заряженных тел и токов проводимости; в) в отсутствие заряженных тел и токов проводимости; г) в отсутствие токов проводимости.

224. Полная система уравнений Максвелла для электромагнитного поля имеет вид: ; ; ; . Следующая система уравнений: ; ; ; справедлива для переменного электромагнитного поля:

а) в отсутствие заряженных тел; б) в отсутствие заряженных тел и токов проводимости; в) в отсутствие токов проводимости; г) при наличии заряженных тел и токов проводимости.

225. Материальные уравнения 1) ; 2) ;

3) :

а) используются при решении уравнений Максвелла; б) первое связывает векторы напряженности и индукции электрического поля; в) второе связывает векторы индукции и напряженности магнитного поля;

г) третье отображает закон Ома в дифференциальной форме.

226. Закон сохранения электрического заряда утверждает: «Полный ток, протекающий за единицу времени через любую замкнутую поверхность S, равен изменению заряда внутри объема V, ограниченного поверхностью S». Если ток через поверхность отсутствует, то:

а) заряд в объеме V уменьшается; б) заряд в объеме V увеличивается; в) заряд в объеме V остается неизменным.

227. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля утверждает: «Изменение энергии электромагнитного поля в некотором объеме V равно сумме потока энергии электромагнитного поля и количества теплоты, выделившейся в этом объеме», где:

а) w – энергия поля; б) Пn – проекция вектора Пойтинга-Умова на направление положительной нормали к поверхности dS; в) Q – количество тепла, выделяемое в единицу времени.

228. Принцип относительности: «Электромагнитные явления протекают:

а) в различных инерциальных системах по-разному; б) одинаково во всех инерциальных системах отсчета; в) в различных неинерциальных системах по-разному.

229. Инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца:

а) уравнения Максвелла не меняют своей формы при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой инерциальной системе отсчета;

б) уравнения Максвелла изменяют свою форму при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой инерциальной системе отсчета;

в) уравнения Максвелла не меняют своей формы при переходе от одной неинерциальной системы отсчета к другой неинерциальной системе отсчета.

230. Пространственные координаты, время, векторы электромагнитного поля E, H, B, D, плотность тока j и объемная плотность заряда r:

а) не изменяются в соответствии с преобразованиями Лоренца; б) уменьшаются соответствии с преобразованиями Лоренца; в) изменяются в соответствии с преобразованиями Лоренца; г) увеличиваются в соответствии с преобразованиями Лоренца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в пособии в определенной последовательности представлены тестовые задания для самостоятельного решения по таким разделам курса общей физики, как «Электростатика», «Постоянный электрический ток», «Электромагнитные явления». Представлены необходимые приложения. Особо надо отметить наличие рисунков, поясняющих условия задания.

Организация индивидуальной самостоятельной работы студентов всех форм обучения, предусмотренная настоящим практическим пособием, полностью отвечает основным задачам курса физики: развитию творческого, логического мышления, расширению представлений о многообразии применения физических методов как в процессе обучения, так и в процессе их дальнейшей работы, способствует подготовке к усвоению студентами последующих дисциплин рабочего учебного плана.

библиографический список

Основной

1. Полунин, . Электростатика. Постоянный электрический ток [Текст]: Конспект лекций /, ; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 20с. 250 экз.

2. Полунин, . Электромагнитные явления [Текст]: Конспект лекций /, ; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 20с. 250 экз.

3. Полунин, В. М. Физика. Основные понятия и законы [Текст]: учебно – методическое пособие /, ; Курск. гос. техн. ун – т. Курск, 2002.

4. Трофимова, Т. И. Курс физики [Текст]: учеб. пособие. / ; 7-е изд., стер. М.: Высш. шк., 20с.

5. Савельев, И. В. Курс общей физики [Текст]: учеб. пособие для втузов: 5 кн. / . М: Изд – во «Астрель», 2002. Кнс.

Дополнительный

6. Физика [Текст]: сборник контрольных заданий по электростатике и постоянному току / , , ёв; под ред. ; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 19с.

7. Физика [Текст]: сборник контрольных заданий по электромагнитным явлениям / , , ёв; под ред. ; Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 20с.

8. Волькенштейн, В. С. Сборник задач по общему курсу физики [Текст] / . СПб.: СпецЛит, 20с.

9. Трофимова, Т. И. Сборник задач по курсу физики для втузов. [Текст] / . 3-е изд. М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век», 20с.

10. Чертов, по физике [Текст]: учеб. пособие для втузов. / , . 7-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство физико-математической литературы, 20с.

Приложения

Приложение 1. Основные понятия, определения и законы электростатики, постоянного электрического тока и электромагнитных явлений

Электростатика. Электрическое поле в вакууме

Классическая электродинамика – теория поведения электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрическими зарядами (электромагнитное взаимодействие).

Электростатика – раздел электродинамики, в котором изучаются свойства и взаимодействие электрических зарядов в той системе отсчета, в которой они находятся.

Точечный заряд – протяженное заряженное тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.

Два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Они могут существовать в виде элементарных частиц: электронов, протонов, позитронов, положительных и отрицательных ионов и др., а "свободного электричества" – только в виде электронов.

Положительно заряженное тело представляет собой совокупность электрических зарядов с недостатком электронов.

Отрицательно заряженное тело представляет собой совокупность электрических зарядов с избытком электронов.

Незаряженное тело представляет собой совокупность зарядов обеих знаков в таких количествах, что их суммарное действие скомпенсировано.

Электризация процесс перераспределения положительных и отрицательных зарядов незаряженных тел, или среди отдельных частей одного и того же тела, под влиянием различных факторов.

Изолированная система – система, через границы которой не проникает никакое другое вещество, за исключением фотонов света, так как они не несут заряда.

Закон сохранения электрических зарядов: в изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается величиной постоянной:

.

Дискретность электрических зарядов: заряд любого заряженного тела кратен величине заряда электрона. В процессе электризации заряд изменяется дискретно на величину заряда электрона.

Инвариантность электрических зарядов: полный электрический заряд изолированной системы является релятивистки инвариантным, т. е. не зависит от системы отсчета.

Взаимодействие электрических зарядов: одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Теория близкодействия: взаимодействие между заряженными телами осуществляется посредством полей, непрерывно распределенных в пространстве.

Четыре типа фундаментальных взаимодействий (в порядке возрастания интенсивности взаимодействия): гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия.

Диполь – система двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов (+q и –q), расположенных на некотором расстоянии l друг от друга (l – плечо диполя).

Электрический дипольный момент p (характеристика диполя) – вектор, направленный от отрицательного к положительному заряду:

p = q l.

Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

,

где e0 = 8,85×10–12 Ф/м – электрическая постоянная; q1,q2 – величины взаимодействующих зарядов; r1,2 – расстояние между зарядами; r0 – единичный вектор, показывающий направление силы.

Принцип суперпозиции сил: сила, действующая на заряд, расположенный в любом месте системы электрических зарядов, является результирующей всех сил, действующих на данный заряд со стороны других зарядов.

Аддитивность взаимодействия электрических зарядов: сила взаимодействия между двумя какими–либо зарядами не зависит от наличия третьего заряда.

Электрическое поле – пространство, окружающее заряд, основным свойством которого является то, что на любой заряд, помещенный в него, действует сила.

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, численно равная силе, действующей на положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля. Для точечного заряда

.

Принцип суперпозиции электрических полей – для системы точечных зарядов: q1, q2, q3,… результирующий вектор напряженности E электрического поля:

.

Напряженность электрического поля диполя в точке, расположенной на продолжении его оси при условии r>>l:

,

где r – расстояние от центра диполя до рассматриваемой точки поля.

Напряженность электрического поля диполя в произвольной точке пространства:

,

где a – угол между направлением вектора p и направлением на рассматриваемую точку поля.

Силовая линия вектора E электрического поля – линия, проведенная в пространстве, касательная к которой в любой точке совпадает с направлением вектора E.

Поток вектора напряженности электрического поля через поверхность S:

,

где En – проекция вектора E на направление положительной нормали к поверхности dS.

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого замкнутого контура равна нулю:

.

Теорема Остроградского–Гаусса для электрического поля в вакууме: поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, находящихся внутри этой поверхности:

.

Теорема Остроградского–Гаусса при непрерывном распределении электрических зарядов с объемной плотностью r:

.

Напряженность электрического поля линейно распределенного заряда:

,

где – характеристика линейного распределения заряда (линейная плотность заряда). При равномерном распределении заряда .

Напряженность электрического поля бесконечно протяженной однородно заряженной плоскости:

,

где – поверхностная плотность заряда (физическая величина, численно равная заряду на единице поверхности). При равномерном распределении заряда по поверхности .

Напряженность электрического поля между двумя плоскостями, заряженными равномерно зарядами противоположных знаков:

.

Напряженность поля равномерно заряженной сферической поверхности:

а) при r > R

,

где s – поверхностная плотность заряда; R – радиус сферической поверхности; r – расстояние от центра сферы до рассматриваемой точки поля;

б) при r = R

;

в) при r < R

E = 0.

Напряженность электрического поля равномерно заряженной по объему сферы:

а) при r > R

,

где r = dq/dV – объемная плотность заряда (характеристика объемного распределения заряда, которая показывает, какой заряд находится в единице объема). При равномерном распределении заряда r = q/V; R – радиус сферы;

r – расстояние от рассматриваемой точки поля до центра сферы;

б) при r = R

;

в) при r < R

.

Работа сил электрического поля по перемещению электрического заряда

,

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц измерения физических величин. В системе СИ k = 1/4pe0; q1 – заряд, создающий электрическое поле; q2 – заряд, перемещаемый в электрическом поле; r1, r2 – начальное и конечное расстояния между зарядами.

Работа сил электрического поля по перемещению электрического заряда по любому замкнутому контуру L равна нулю:

.

Потенциальная энергия электрического заряда, находящегося в электрическом поле другого заряда:

.

Изменение потенциальной энергии электрических зарядов равно работе сил электрического поля (консервативных сил), взятой с обратным знаком:

.

Потенциал электрического поля – скалярная энергетическая характеристика электрического поля; равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда:

.

Потенциал электрического поля положительного точечного заряда:

,

где q – величина заряда, создающего электрическое поле;

r – расстояние от центра заряда до рассматриваемой точки поля.

Потенциал электрического поля системы точечных зарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей, создаваемых отдельно взятым зарядом системы:

,

где qi – величина i–го заряда; ri – расстояние от i–го заряда до рассматриваемой точки поля.

Разность потенциалов между двумя точками стационарного электрического поля – скалярная физическая величина, численно равная работе сил электрического поля по перемещению положительного единичного заряда из одной точки поля в другую:

.

Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля:

а) для произвольного направления l

,

где – характеризует быстроту изменения потенциала в данном направлении; знак "минус" – означает, что вектор напряженности электрического поля направлен в сторону уменьшения потенциала.

б) в векторной форме

,

где grad j = – градиент потенциала.

Разность потенциалов между двумя точками электрического поля, которое создано бесконечно длинным равномерно заряженной нитью:

,

где t – линейная плотность заряда; r1, r2 – расстояния от рассматриваемых точек поля до оси стержня (цилиндра).

Разность потенциалов между двумя точками электрического поля, которое создано бесконечно протяженной, равномерно заряженной плоскостью:

,

где s – поверхностная плотность зарядов; d = (r2 – r1) – расстояние между рассматриваемыми точками поля.

Разность потенциалов между двумя точками поля, которое создано равномерно заряженной сферической поверхностью радиусом R:

,

где s – поверхностная плотность заряда; r1>R; r2>R – расстояние от центра сферы до рассматриваемых точек поля.

Потенциал поля вне сферической поверхности

,

где r>R – расстояние от центра сферы до рассматриваемой точки поля.

Потенциал поля внутри сферической поверхности одинаков и имеет значение

.

Разность потенциалов между двумя точками поля, которое создано равномерно заряженным по объёму шаром радиусом R:

,

где r – объемная плотность заряда; r1>R; r2>R – расстояние от центра шара до рассматриваемых точек поля.

Потенциал электрического поля на поверхности шара:

.

Потенциал электрического поля внутри шара:

,

где r – расстояние от центра шара до рассматриваемой точки поля.

Эквипотенциальные поверхности – поверхности, все точки которых имеют один и тот же потенциал.

Проводники в электрическом поле

Проводники – вещества, хорошо проводящие электрический ток, т. е. обладающие высокой электропроводностью (малым удельным электрическим сопротивлением – r ~ 10–6¸10–8 Ом∙м).

Проводники первого рода – металлы и их сплавы, графит, некоторые окислы и сернистые соединения металлов.

Проводники второго рода – электролиты (растворы солей кислот и щелочей).

Плазма – сильно ионизированная почти нейтральная среда, в которой хаотическое движение частиц преобладает над их направленным движением под действием электрического поля.

Высокотемпературная (изотермическая) плазма возникает вследствие высокой температуры вещества.

Газоразрядная плазма – плазма, возникающая при газовом разряде.

Отличительные особенности проводников первого рода:

1) электрический ток в них представляет собой упорядоченное движение электронов проводимости, при этом никаких химических изменений в проводниках не происходит;

2) кристаллическое строение – последовательность правильно расположенных групп ионов, образующих пространственную кристаллическую решетку, в межузельном пространстве которой находятся электроны проводимости.

Условие перераспределения (движения) электрических зарядов в объеме проводника:

E=E0+E'¹0,

где E – напряженность результирующего поля в объеме проводника; E0 – напряженность внешнего электрического поля; E' – напряженность "собственного" электрического поля.

Условие равновесия зарядов в проводнике:

E=E0+E'=0.

Напряженность электрического поля вблизи поверхности заряженного проводника с поверхностной плотностью s:

.

Электрическая емкость (электроемкость) уединенного проводника – физическая величина, численно равная количеству электричества, на которое необходимо изменить заряд проводника, чтобы его потенциал изменился на единицу. Зависит от формы поверхности, линейных размеров, расположения относительно других проводников, среды, окружающей проводник, и не зависит от его заряда и потенциала: